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Wi-Fi实时定位系统在医疗系统的应用 收藏

目的 研究Wi-Fi实时定位系统的相关技术和系统构架,并分析其在医疗系统中的应用。

 方法 分析对比Wi-FiZigBee等物联网组网技术的差异,研究定位系统的系统组成、结构功能框 架、功能特点等,并分析如何应用于医院管理的不同部分。

结果 Wi-Fi实时定位系统存在前期投 入低、技术成熟等优势,即使存在功耗等方面的不足,但是在医院医护人员、患者以及设备等内 容的定位中能够有效实现。

结论 Wi-Fi实时定位系统可有效满足医疗系统对实时定位的要求,而 且在医疗卫生单位已经取得成功应用,因此具有广泛的应用前景。

物联网实时定位在现代化医院的管理中具有重要的应用价值, 医护人员在岗情况巡查、患者实时跟踪、医疗设备的监测 等环节在定位技术的帮助下可得到有效的提升。

当前流行 GPS、北斗定位系统无法满足医院物资区域性的实时定 位需求,而且在管理中存在诸多不便。

随着物联网技术的 发展,区域性实时定位技术已有很多成熟的技术和产品, 能够有效地应用于医疗系统中,满足医院管理中的需求。

 智能定位追踪系统在医疗抢救设备、危险物品和医疗 垃圾等方面有较强的应用价值和前景,通过与医院信息系 统的结合,可有效解决医院物资管理中存在一些不足

 国内外工程人员、科研工作者以及企业在将实时定位系统引入医院管理工作中做了大量研究,取得了一定的成 效。

王玉柱等人分析介绍了一种基于 ZigBee 技术的医院病 人追踪定位系统的设计,并且对定位引擎在实际应用中的 不足提出了改进措施。

利用射频识别(Radio Frequency IndentificationRFID)技术可实现高值耗材的跟踪以及 医疗设备的定位。

陈俊阳等人在医院实际需求的基础上, 结合 Wi-Fi 实时定位技术,对基本构架和管理控制模式加 以分析,并且展望了未来的研究发展方向。

基于 Wi-Fi 实时定位系统是物联网的典型应用,目前的研究内容还包 RFID 定位以及基于 ZigBee 网络的应用,各有特点,促 进了区域性的实时定位管理水平的提升。

Wi-Fi 实时定位系 统的主要优点在于覆盖面广,接入便捷以及技术成熟。

前多数医疗卫生单位实现 Wi-Fi 网络覆盖,智能终端设备 可较为便捷地接入管理系统,并且系统搭建的网络基础可 免去前期的网络投入,降低成本。

Wi-Fi 产品技术相对成熟,保障系统运行的可靠度,因此基于 Wi-Fi 的实时定位系统 具有较为广阔的应用前景。

 本文详细分析了 Wi-Fi 实时定位系统的相关技术和系 统构架,研究其在医疗系统中的应用价值并对当前应用中 存在的问题进行讨论。

 1 Wi-Fi实时定位系统相关技术 物联网是指通过温湿度、光电参数的传感设备采集感 知信息,利用 RFIDNFC、全球定位系统等技术标记识别 感知物体和传感器,按照约定的协议,将物体和网络相连, 进行信息通信,以实现智能化识别、定位、监控和管理的 网络概念。

作为物联网在医疗中的重要应用,下面详细 介绍与区域性实时定位相关的识别技术和传输网络两方面 的内容。

 1.1 识别技术 目前的识别技术比较多,如 Wi-Fi 标签、RFID 标签、 NFC 等,在实时定位的应用中主要的研究有 Wi-Fi RFID 2 方面。

 RFID 是一种非接触式的自动非接触识别技术,通过 射频信号自动识别物体并获取数据信息,其通信方式 属于被动工作方式。

当前 RFID 在零售、物流和医疗等行 业具有重要的应用,能够应对粉尘、污染、辐射等恶劣的 环境,而且制作成本较低。

完整的射频识别系统包括三部 标签,每个标签具有唯一的编码,用于识别物体 阅读器,读取标签中的信息 天线,在标签和阅读 器之间传递射频信号。

Wi-Fi标签芯片相对便宜,技术成熟, 实现的复杂度较低,而且在物资内置 Wi-Fi 功能,无需再 粘贴 Wi-Fi 标签,也可极大降低实时定位的成本。

 1.2 物联网传输网络 理论上任何有线和无线的通信方式都可以应用于物联 网的信息传输,本文主要介绍蓝牙、Wi-Fi ZigBee 3 方面内容。

 作为 WLAN 的新技术,基于 IEEE802.11b Wi-Fi 线技术在当前有着极其广泛的应用,目前已经将个人电脑、 路由器、手持设备等终端有效地连接起来。

Wi-Fi 的优势主 要体现在传输速度和传输距离方面,其最大的传输距离可 300 m,最大的传输速度速度可达到 300 Mbps,但是缺 点是功耗较大,最大功耗为 50 mA

 蓝牙技术目前在电脑和手机短距离数据传输方面有一 定程度的使用,而且正在不断更新,功能也不断优化,最 新版本 4.2 加强了物联网应用特性,可实现 IP 联接及网关 设置等诸多新特性 [9]

目前基于蓝牙技术开发的应用较少, 相比于 Wi-Fi,蓝牙的优势在于低功耗和安全性方面,但是 传输速度和有效传输距离方面存在不足,最大传输速度和 距离分别为 1 Mbps 100 m

 ZigBee 作为一种较新的无线通信技术在物联网中有着较为广泛的应用前途和潜力,在未来的物联网发展中 必将发挥重要的作用。

ZigBee 的优势在于低复杂度、自组 织、高安全性、低功耗上以及具备组网和路由特性 ;另外 可方便嵌入到各类设备中,安全性介于 Wi-Fi 和蓝牙之间。

 另外,移动通信技术,如 GPRS3G 4G-LTE,已 经完全可以实现多媒体通信,在物联网系统中可将手机等 手持设备有效地融入管理监控功能中,但是目前利用移动 通信技术实现实时定位的应用研究相对较少。

 2 Wi-Fi实时定位系统结构框架 基于 Wi-Fi 的实时定位系统 [12] 与其他定位系统系统相 比具有众多优势 :现医疗卫生系统一般都实现了 Wi-Fi 络的覆盖,因此定位系统科充分利用现有的无线基础设施, 无需增加额外的网络搭建投资 Wi-Fi 芯片可实现标识定位 功能,无需专门覆盖标识设备,而且在物资内置 Wi-Fi 块实现较为容易 ;管理控制部分可完全由软件编程实现, 功能改进灵活,系统调整方便 Wi-Fi 网络能够融入各类手 持设备、PDA 等,监控便捷,扩大系统管理的应用。

 Wi-Fi 实时定位系统主要包括 3 部分 Wi-Fi 定位卡、 无线局域网接入点、管理系统,图 12 分别为 Wi-Fi 实时 定位系统运行图和功能结构图。

Wi-Fi 定位卡作为无线数据采集模块可方便地佩戴 在人员身上或物品上,系统通过对标签的跟踪实现对人员 和资产的跟踪定位,另外可以根据需要设计不同的外形并 通过设备本身内置 Wi-Fi 模块接入管理系统。

2)无线 AP 采用 2.4 GHz 频段,支持 802.11 b/g 模式, 及时采集 Wi-Fi 卡片传输的信息,传输到后端的监控中心, 对人员物资进行监控管理。

 3)管理系统通过定位服务器和相关的软件系统对传 输数据进行实时分析,并结合电子地图对人员物资的实时 位置进行分析 ;监控物体的位置信息、运动轨迹同时存入 存储服务器,监控人员可通过计算机访问服务器,查询相 关信息 ;另外可以通过编写相关的应用程序,将智能手机、 PDA 和平板电脑等便携装置融入管理系统。

 Wi-Fi 实时定位系统的主要功能特点包括以下几点 :定 位系统基于 Wi-Fi,对无线局域网非常普及,价格便宜,容 易搭建和管理 ;同时定位网络还可用于上网、语音、视频 等其他用途 ;可设定区域范围,监控区域内人员或物品出 入等情况,非许可人员或物品出入时,报警提示 ;以电子 地图形式显示人员或物品的位置和移动轨迹 ;能通过传感 器监测其周围环境的温度等信息,便于环境监测和安全防 ;管理系统可方便和互联网相连,方便远程监控、查询, Wi-Fi 实时定位系统网络系统见图 3

3 Wi-Fi实时定位系统在医院的应用 Wi-Fi 实时定位系统 [13] 在医疗系统中存在较为广泛的 应用,如医护人员在岗情况的监控、病人外出实时定位监护、 医疗物资的巡检和跟踪等在实时定位系统的帮助下可得到 有效管理,下面分析重点环节的应用价值。

 3.1 智能呼叫系统 实时定位管理系统是在国外医院医疗设备、病人的管 理中起到了很大的作用,系统基于 Wi-Fi 通信技术,可实 现对对医疗设备及资产的跟踪管理,并且在病人出现危机 时可主动呼叫医护人员,提高医疗机构的运作效率和管理 水平,向精细化方向发展。

进入医院的普通病人或特护病 人被发放一个无线电子标签,病人可以在医院任何范围内 遇到危急情况时,只要轻触标签上的按钮便可实现呼叫求 助,而不再像以前仅仅只能在床前呼叫 ;系统接收到呼叫 请求后可立刻定位到病人呼叫的区域,定位精度在 35 m,实现快速、准确地施助。

尤其对于老年痴呆、精神病人等, 没有足够的人力进行全天候监护。

同时,电子标签还可安 装在轮椅上,便于病人呼叫方便及系统自动跟踪。

 3.2 医疗设备管理 医疗设备集中管理中心。

医疗设备集中管理为医院应 急设备供应带来很大便捷,但是在外借设备的管理方面存 在很大的不足。

当科室使用设备结束后不一定会及时归还, 容易造成应急设备在科室的闲置,而且存在应急设备在科 室之间相互转借的情况,Wi-Fi 实时定位系统可有效地在对 这些设备的监控方面。

通过为每台应急设备安装Wi-Fi标签, 实时监测外借设备的动态,当出现设备长期闲置或是科室 之间转借的情况,集中管理中心工作人员及时和科室沟通, 收回应急设备,实现应急设备的高效利用。

 大型设备监控。

为大型设备或是大规模设备的关键部 件安装无线电子标签,标签的唯一 ID

通过系统能够实时 全方位定位追踪设备的位置、数量,并监控这些设备的使 用现状,对设备位置、移动状况、实时状态等信息进行实 时和定时监控与统计分析,并根据设备的相关状态触发后 续动作,满足对于重要设备资产的全方位监控与监管,准 确统计设备的使用效率。

 一旦出现非法移动、未经授权的 拆卸和其他异常现象时,即可自动报警告知相关管理人员 或责任人,及时采取对应措施,避免损失和事故。

 3.3 高值耗材跟踪管理 高值耗材占医院收支重要部分,随着医疗技术的发展, 医院对高值耗材的重视程度越来越高,正逐步提高高值耗 材管理力度。

高值耗材管理的一个难点在于监管是否真正 有效地利用于患者,委派专门的人员对高值耗材的使用情 况进行监督存在诸多不便,而且需要投入额外的人力物力 资源,Wi-Fi 实时定位系统可以有效地解决高值耗材实时跟 踪的问题。

 3.4 智能仓库 智能仓库利用先进的传感器技术对仓库的环境参数、 库存量以及货物的位置等信息进行采集,并搭建智能网络 对数据进行传输,结合数据库管理软件实现货物的定位、 跟踪、仓库的巡检、监控,即智能仓库 [14]

智能仓库系统 不仅能够实时监测仓库状况,而且更重要的作用在于通过 对仓库数据的分析为仓库的调整提供有价值的信息。

智能 仓库系统对仓库库存量、环境参数和物资抽组等进行详细 的数据记录和分析,得出相应优化改进方案。

 另外,Wi-Fi 实时定位系统在危险辐射、化学物品、报 废物资的实时监测也存在广泛应用的前景。

 4 讨论 基于 Wi-Fi 的实时定位系统的优势在于,可极大降低 网络搭建的前期投入,并且可将电脑、智能手机、平板等 手持设备便捷地接入管理网络,能够有效地将现有的管理方法融合扩大。

与之相比,ZigBee 是私有通信协议,需 要组建专网,在相同的定位精度要求下,传感器和节点布 点的密度要高,投入成本较高,并且在管理上较为复杂。

 ZigBee 网络加 RFID 标签实现的实时定位系统缺点也在于 造价较高,系统的设计与现有基于 IP 的网络与计算机构架 的兼容性复杂。

但是研究中也发现其存在不足以及需要进 一步改进的方面。

 Wi-Fi 实时定位系统的缺陷在于较高的功耗以及较高 Wi-Fi 标签卡片制作成本,因此降低标签的制作成本和功 耗是未来系统应用中需要重点研究的方向 [15]

RFID ZigBee 标签相比,Wi-Fi 标签的制作虽然技术相对成熟, 但是劣势在于较高的制作成本。

Wi-Fi 相关发射接收器 件的高功耗是限制其快速发展的另一个因素,为了降低功 耗,可对部分长期处于静止状况或是变动不大的物资的 Wi-Fi 器件降低信号发射功率或是定向发射信号,进而实现 降低功耗的目的,延长标签的使用时间。

 另外,Wi-Fi 实时定位系统的精度受多种因素的影响, 如墙壁、金属物体等。

定位的情况受到信号强弱的影响, Wi-Fi 网络受环境影响较大。

方向性定位对固定大型设 备运行状况的监测比较方便,但是对移动比较频繁的设备, 则存在一定的困难。

 5 结论 医院对医护人员、患者以及设备有较强的实时定位需 求,随着科技的发展,物联网技术可有效解决这些问题。

 基于 Wi-Fi 的实时定位系统已经有不少成型的产品,并且 在某些国内外医院取得成功的应用。

系统的优势在于技术 成熟,并且基于广泛应用的 Wi-Fi 网络可减少前期的网络 搭建投入,但是也存在成本高、功耗高等缺点。

整体分析, 基于 Wi-Fi 的实时定位系统可有效满足医疗卫生单位和相 关部门的实时定位需求,并且具有广泛应用的潜力。

 



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